陶瓷坯料和成型性能ppt课件.ppt

陶瓷工学基础,洛阳理工学院钱跃进2012.2,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,本章主要内容第一节 陶瓷坯料第二节 陶瓷坯釉料的表示方法第三节 陶瓷坯釉料配方计算方法第四节 坯料的成型性能第五节、调整坯料性能的添加剂,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,第一节 陶瓷坯料一、概述陶瓷的种类繁多，它们的组成各不相同。普通陶瓷是指以粘土等天然矿物原料配制的烧结体，是典型的硅酸盐材料之一。根据其使用的要求，各类普通陶瓷坯体的组成又各有其特点。近期相继出现的许多新型陶瓷材料与产品，其组成已经离开了硅酸盐的范畴，大都采用化工原料配制，采用一些新技术、新工艺对坯料进行加工。这类特种陶瓷产品分别利用材料某方面的物理与化学特性，因而其组成类型更多，差异更大。限于时间关系，这部分内容暂时不在本课程讲授。大家可参看特种陶瓷工艺学（李世普主编）等书。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,二、陶瓷坯体的分类：陶瓷坯体是相对于釉而言，是陶瓷的主体，釉则是起到对坯体的修饰和补强作用。陶瓷坯体按照不同的分类方法可分很多，不同名称的陶瓷可能是一种材料。按照显气孔率分：可分为陶器、炻器和瓷器，耐火材料就是陶器；按照用途分：日用陶瓷、建筑陶瓷、艺术与装饰陶瓷、电瓷等；按照熔剂种类分：长石质陶瓷、石灰质陶瓷、滑石质陶瓷、骨灰质陶瓷等；按照主要原料分：叶腊石质陶瓷、硅灰石质陶瓷、绢云母质陶瓷等。陶瓷的分类方法繁多，在此不一一列举。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,三、瓷器坯体的组成国际上习惯将粘土质瓷器分为硬瓷与软瓷两类。硬瓷坯体中碱性氧化物含量不多，其组成的公式为：(0.180.30)RO1A12O3(3.54.8)SiO2，烧成温度较高，一般在1320以上，甚至高达1450。传统的硬质瓷坯由三种原料组成：高岭土与粘土50、长石25、石英25。 软瓷坯中熔剂数量较多，因此玻璃相增多、透光度高。除引入长石外，还可用钙、镁的碳酸盐、骨灰、滑石、熔块作熔剂。坯式中碱性氧化物较多。(0.30.45)RO1Al2O3(4.86)SiO2其烧成温度较低，一般为12501320。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,实际上，为了降低陶瓷等建材工业的高能耗、高污染现状，特别是陶瓷墙地砖行业启动的低温快烧工艺，加入较多的熔剂以降低陶瓷的烧成温度。目前我国陶瓷的烧结温度大多在1250及以下温度。长石质瓷，是以长石为主要熔剂的陶瓷，其烧成温度为12501350，瓷质洁白、薄层呈半透明状、断面呈贝壳状、质地坚硬力学和化学性能好的陶瓷，适宜做餐具、装饰美术瓷和一般的工业技术瓷。长石质陶瓷的配比在相图上位于最低共熔点和莫来石两点连线的两侧，主晶相为玻璃质、莫来石、残余石英，因生产条件不同，成分差异较大。下图给出了长石质瓷在相图中的位置。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,瓷的组成越接近最低共熔点则成瓷温度越低，液相量越多，莫来石量越少；反之亦然。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,各种氧化物在陶瓷中的作用：SiO2是陶瓷中的主要成分，以残余石英、半稳定石英或熔融石英存在，对陶瓷的强度和其它性能有直接影响，但如果含量过高则使其抗热震稳定性恶化；Al2O3也是陶瓷中的主要成分，以莫来石和玻璃相存在，可提高陶瓷的热稳定性和化学稳定性，提高陶瓷的力学性能和白度，但含量高会提高烧结温度，含量低时则瓷坯易熔和变形；碱土金属和碱金属是陶瓷中的主要熔剂，但碱土金属多时可相对地提高瓷的热稳定性和力学强度，提高瓷的白度和透明度，改进瓷的色调，减弱着色氧化物的不良影响；Fe2O3和TiO2则是瓷中的着色氧化物，使瓷呈色不良而影响其外观品质。在书中（P8894）介绍了长石质瓷的配方，南方与北方配方不同，供大家参考。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,绢云母瓷是我国的主要传统瓷质，是以绢云母为主要熔剂的陶瓷，透明度较高。瓷石中含的绢云母在熔融后形成高粘度玻璃相，外加高岭土配合，在一定的温度范围内烧结成瓷。绢云母的作用与长石质瓷中长石的作用相同。绢云母瓷的烧成温度随着配方中高岭土的含量增加而提高，但烧成温度范围变大。绢云母瓷常采用还原气氛烧成，成瓷后的外观色调较长石质瓷优。现常在绢云母瓷中添加少量的长石，使之具有长石质瓷的某些特点。磷酸盐陶瓷就是以磷酸钙做主要熔剂的“磷酸盐-高岭土-石英-长石”质陶瓷，通常由骨磷或骨灰引入，通常称为骨灰瓷。骨灰瓷的白度高、透明度好，瓷质软、光泽柔和，但脆性大，热稳定性差，烧成温度范围窄不易控制。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,骨灰瓷的主要由钙长石、方石英、莫来石和玻璃相组成，其中钙主要由磷酸盐提供，磷酸盐并没有助熔作用，而是通过与其它组分共熔，形成液相的温度低起到助熔作用。骨灰瓷介于软瓷和硬瓷之间，施低温釉时可进行釉下彩装饰，色泽美丽、牢固；但施高温釉时则不宜施釉下彩。镁质瓷是以MgO的铝硅酸盐为主晶相陶瓷，按照瓷坯主晶相分为镁橄榄石瓷、原顽辉石陶瓷（滑石瓷）、尖晶石瓷和堇青石陶瓷，属于MgO-Al2O3-SiO2系统。镁质瓷烧成温度范围很窄，在生产中不易控制。但瓷质洁白、透明度高、色泽光润，是高级日用瓷和工艺美术瓷的首选。为改变其烧成温度范围窄的缺点，生产中加入长石、高岭土，既有高强度、白度和半透明度，又解决了其生产工艺中泥浆稠化、可塑性差和烧成温度范围窄的问题。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,四、陶器坯体的组成陶器通常分为粗陶器、普通陶器和细陶器。粗陶器一般采用易熔粘土制备，普通陶器采用难熔粘土与长石、石英等原料制备，而细陶器就是我们说的精陶，吸水率在820%，通常我们把吸水率大于5%的陶瓷都称为陶器；把吸水率0.5%5%之间的陶瓷称为炻器；把吸水率小于0.5%的陶瓷称为瓷器。建筑使用的砖瓦、耐火材料制品、缸、瓮、唐三彩、釉面砖都属于陶器，釉面砖属于精陶。我国的日用精陶主要有石灰质和长石质精陶两种。石灰质精陶属于软质精陶，由可塑粘土、高岭土、石英和石灰石配制而成，石灰作为熔剂，也使用方解石、白云石原料，烧成温度范围窄，强度低、吸水率大、热稳定性差，在日用精陶中很少使用。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,长石质精陶属于硬质精陶，以可塑粘土、高岭土、长石和石英配合而成，也可使用瓷石和其它含K2O、Na2O较多的原料代替。为了改善坯釉结合性和利用废料，还使用少量的废陶。长石质陶器烧结温度高、力学性能好，吸水率低、热稳定性好，是日用精陶的主要品种。根据原料加入情况，长石质精陶的配料一般有高硅质和高铝质两种：在坯体中添加较多的粘土，属于高硅质；在坯体中的Al2O3含量较高，属于高铝质。精陶坯体使用的原料配比还与使用原料的工艺性质有关，还与制品的使用环境和质量要求有关。一般上，精陶都采用两次烧成，由于釉和坯体的化学组成差别较大，坯釉适应性差而产生釉裂。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,精陶具有一定的孔隙率，能从空气中吸收水分而膨胀，使釉面产生后期龟裂。精陶的素烧使坯体具有一定的力学性能和膨胀系数，具有施釉所需要的气孔率；后再施釉进行二次釉烧。为了利用本地原料、改善精陶的工艺性能和产品性能，精陶还有许多的其它熔剂：硅灰石、叶腊石、锂质陶瓷、石灰质陶瓷、透辉石陶瓷、高石英陶瓷等。当然，陶瓷还包括绝缘装置瓷、高介电电容器陶瓷、压电陶瓷、导电陶瓷、生物陶瓷、敏感陶瓷等，这些都不是我们目前上课的主要内容，随着时间的推移和进一步深造的需要，我们再进行学习。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,第二节 陶瓷坯釉料的表示方法陶瓷的配料包括坯料和釉料的配料两种，坯料和釉料的表示方法相近但有差异。陶瓷配料的表示方法主要有四种：示性矿物组成、实验式表示法、化学组成和配料量表示法。我们在企业看到的主要是配料量表示法；在许多参考书中看到的化学组成和实验式表示法；示性矿物组成表示法一般只在说明坯体的性质时才使用，没有实际意义。一、陶瓷坯料和釉料配比的表示方法1、示性矿物组成表示法如：某瓷器的组成是：长石25、石英35、粘土40，属于长石瓷。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,2、化学组成表示法 邯郸陶瓷研究所研制的瓷器配方：SiO272.4、TiO20.11、Al2O3、21.5、Fe2O30.11、Na2O0.69、K2O3.24、CaO1.3、MgO1.3、其它氧化物6.53。 我国瓷的化学组成一般在下列之间波动：SiO26575、Al2O31925、ROR2O46。一般瓷的化学组成不固定，SiO2含量高时Al2O3就低，我国和日本的瓷器就是如此；反之也成立，SiO2低时Al2O3含量就高，欧美的瓷器就是这样。3、实验式表示法釉式是以R2ORO摩尔数（mol数）总和为1，再计算其他的三价氧化物和SiO2的数值，写出釉式。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,我国日用瓷、古瓷及著名产瓷区的釉式如下：（R2ORO）（1.94.5）Al2O3（1220）SiO2，烧成温度约1300。康熙年间的斗彩青花釉实验式：（0.185K2O0.151Na2O0.548CaO0.116MgO）（0.664Al2O30.034Fe2O3）0.4879SiO2。少数国内瓷器和多数国外瓷器的釉式如下：（R2ORO）（46）Al2O3（20.527.5）SiO2，烧成温度约1400。坯式则是以三价氧化物摩尔数（mol数）总和为1，再计算碱性氧化物和SiO2的数值，写出坯式。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,瓷器坯体的实验式表示法如下：（我国康熙瓷的实验式）（0.86K2O0.12Na2O0.082CaO0.030MgO）（0.978Al2O30.022Fe2O3）4.15SiO2 4、配料量表示法（釉料和坯料都可以采用该方法表示，但初学者不容易分清坯、釉式），即在陶瓷配方中，用原料的质量分数(或质量)来表示配方组成的方法。例如：鲁青瓷配方如下，煅烧滑石75、长石12、新汶高岭土10、莱阳土3、碱0.3粉；某厂坯料配料量，石英29，长石21，大同砂石32，界牌土15，滑石3。现在许多工厂都以某种矿物的产地来命名及计算添加量。这四种表示方法除了示性矿物组成表示方法太粗外，其它三种方法之间是可以相互转化的，转化的方法就是化学百分比和mol数百分比之间的转化。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,二、企业陶瓷配方及其意义陶瓷的烧结温度主要与配比有关，指的是化学组成。化学组成一致的坯体烧结温度相同，这也是我们研制的测温三角锥的根据，陶瓷的很多生产技术和使用性质都由此而来；耐火材料也是如此。但陶瓷的生产不单是依靠烧结一种条件来控制制品的质量，陶瓷在生产加工过程中还要成型，必须考虑其成型性能。 陶瓷的工艺性能主要与所使用的原料有关，从理论上讲，单独的瓷石可以烧结为陶瓷，但因工艺性能差而不能单独使用。对于日用瓷而言，一般常用塑性成型，坯料的塑性很重要，通过添加塑性粘土和瘠性物料的比例来改变坯体的塑性；,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,对于卫生瓷而言，多常用注浆成型，泥浆的流变性（流动性和触变性）很重要，泥浆中往往有一定数量的蒙脱石；而墙地砖则多常用压制成型，对可塑性要求不高，可少量使用高可塑性粘土，但如果坯体中没有粘土类矿物或粘土类矿物过少，则坯体强度低，成型后的坯体易开裂、破损而影响产品合格率，影响制品的产量和质量。我们在企业看到的多是物料组成，单这个配方对我们价值不大！（配方中各物料的自由水和结合水含量是多少？各物料的工艺性能是什么，它们各自的化学组成是多少及成分波动，对这种瓷器的物理化学性能要求是什么？等这些问题都非常清楚时，这个配方才真正有价值。）,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,如果知道一个企业的完整配方，则需要知道矿物配比和每种矿物的化学组成和工艺性能，这种配方才具有价值！（知道化学组成就知道这种陶瓷的烧结温度、知道工艺性能则了解加工方法！）许多陶瓷工艺课本都给出了陶瓷坯体和釉料的化学组成和矿物组成，也给出一些陶瓷的物料组成，但没有对应关系。我们要努力找出它们的对应关系，这样的话，到工厂去，我们人人都是专家。实际工作中，我们经常看到一个企业请了一个专家，请了一个人去管理这个企业， 这个人除了具有专业知识外还要具备较强的管理能力和做人的本领（为人处事的本领），这样才能管理好。在此，我们介绍测温三角锥对估算坯釉烧成温度的作用,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,先把试样的化学组成换算为实验式，通过实验式大致判断试样的烧结温度和耐火度，进而估计试样的烧成温度。方法是：把试样中的碱金属和碱土金属氧化物mol含量计算出来并加和，把Al2O3、Fe2O3、Cr2O3等三价化合物归结为Al2O3，把四价及其更高价化合物都归结为SiO2，把这些计算数据按照R2ORO=1分别计算试样中Al2O3和SiO2的mol数，写出实验式；同时，把测温三角锥的化学组成也按照该方法计算，得到各三角锥的实验式；通过试样的实验式与测温三角锥实验式对比，与试样最接近的那个三角锥耐火度也近似是试样的耐火度，再考虑试样中杂质比较多，适当下调耐火度对应的温度，根据耐火度与烧结温度的关系，估计出试样的烧结温度 。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,第三节 陶瓷坯釉料配方计算方法单一的天然原料很难满足陶瓷生产的化学成分和工艺性能要求，往往需要几种物料配合陶瓷坯体配方的计算是采用满足主要化学成分和工艺性能要求来逐步计算的。产品的物理性质和使用性能要求是坯料和釉料组成的主要依据，如：日用瓷对坯体白度、釉透明度和光泽度要求，整套的瓷器器形规整、色泽一致；而电瓷则要求较高的力学性能和电器绝缘性能，釉面砖则规格一致、表面平整并有一定的吸水率。在拟定陶瓷的配方时，可采用一些工厂或研究单位积累的经验和数据，以节省时间且提高效率。 在进行配料计算时，要了解各种物料的工艺性能（可塑性、触变性和流动性等）和化学成分对试样化学组成的影响，了解原料对试样成型性能、干燥性能和烧成性能的影响。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,选择来源广泛、价格低廉、性能稳定、运输方便的原料。在初步选定所使用的原料后，再进行配料配比的计算。 在计算前，把所有的物料按化学组成都换算成灼烧基（把吸附水、结晶水及一些有机物杂质等都除去）；把所有的物料都按化学组成换算为mol组成（不换算也可），按满足法去计算坯体的配料量：一般是采用长石矿物满足坯体中钾钠含量的要求，再用粘土满足试样中剩余Al2O3的用量要求，最后用石英满足剩余SiO2的用量要求。但采用这种方法没有考虑试样的工艺性能，一般试样中蒙脱石（膨润土）的含量不大于4，在配料计算时，应该首先计算添加蒙脱石后剩余试样的各成分含量，再用满足法计算。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,一、从化学组成计算实验式若知道坯料的化学组成，可按下列步骤计算成为实验式。若坯料的化学组成包含有灼减量成分，首先应将其换算成不含灼减量的化学组成。 以各氧化物的摩尔质量，分别除各该项氧化物的质量分数，得到各氧化物的量n(mol)；以碱性氧化物或中性氧化物总和，分别除各氧化物的量，即得到一套以碱性氧化物或中性氧化物为1mol的各氧化物的数值；将上述各氧化物的量按RO、R2O3和RO2的顺序排列为实验式。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,下面是某瓷坯的化学组成，试计算其实验式。解先将该瓷坯的化学组成换算成不含有灼减量的化学组成w(SiO2)=63.37/(100-5.54)100=67.09w(Al2O3)=24.87/(100-5.54)100=26.33w(Fe2O3)=0.81/(100-5.54)1000.8575w(CaO)1.15/(100-5.54)1001.217w(MgO)0.32/(100-5.54)100=0.3388w(K2O)2.05/(100-5.54)1002.170,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,w(Na2O)1.89/(100-5.54)1002.001 100.00将各氧化物质量分数除以各种氧化物的摩尔质量，得到各种氧化物的量(mol)n(SiO2)67.09/60.11.116(mol)n(Al2O3)=26.33/101.90.2583(mol)n(Fe2O3)0.8575/159.70.0054(mol)n(CaO)=1.217/56.1=0.0217(mol) n(MgO)=0.3388/40.30.0084(mol)n(K2O)2.17/94.2=0.0230(mol)n(Na2O)=2.001/620.0323(mol)将中性氧化物的总量算出：0.2583十0.00540.2637(mol),第二章 陶瓷坯料及其成型性能,用0.2637除各氧化物的量，得到一套以R2O3系数为1的各氧化物系数。SiO21.116/0.26374.232 Al2O30.2583/0.26370.9795Fe2O30.0054/0.26370.0205 CaO0.0217/0.26370.0823MgO0.0084/0.26370.0319 K2O0.0230/0.26370.0872Na2O0.0323/0.26370.1224将各氧化物按照规定的顺序排列，得到瓷坯的坯式。0.0872K2O0.1224Na2O 0.9795Al2O3 4.232SiO20.0823CaO 0.0205Fe2O30.0319MgO,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,二、由实验式计算坯体的化学组成若已知道坯料的实验式，可通过下列步骤的计算，得到坯料的化学组成。用实验式中各氧化物的量分别乘以该氧化物的摩尔质量，得到该氧化物的质量算出各氧化物质量之总和；分别用各氧化物的质量除以氧化物质量之总和，可获得各氧化物所占质量分数。下面是我国雍正薄胎粉彩碟的瓷胎实验式为： 0.088CaO 0.010MgO 0.982 Al2O3 4.033SiO2 0.077Na2O 0.018 Fe2O3 0.120K2O 试计算该瓷胎的化学组成,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,解计算出各氧化物的质量： m(CaO)0.08856.14.937(g) m(MgO)0.01040.30.403(g) m(Na2O)0.07762.0=4.774(g) m(K2O)0.12094.2=11.30(g) m(Al2O3)0.982101.9=100.1(g) m(Fe2O3)0.018159.7=2.875(g) m(SiO2)4.03360.1=242.4(g)计算出各氧化物质量总和为366.8g计算出各氧化物所占的质量分数：,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,w(CaO)4.937/366.8100%=1.346% w(MgO)0.403/366.8100%=0.1099% w(Na2O)4.774/366.8100%=1.301% w(K2O)11.30/366.8100%=3.081% w (Al2O3)100.1/366.8100%=27.29% w(Fe2O3)2.875/366.8100%=0.78% w(SiO2)242.4/366.8100%=66.09%,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,三、由配料量计算实验式由坯料的实际配料量计算实验式，按下列步骤进行计算：首先要知道所使用的各种原料的化学组成，即各种原料所含每种氧化物的质量分数，并把各种原料的化学组成换算成不含灼减量的化学组成；将每种原料的配料量(质量)，乘以各氧化物的质量分数，即可得到各种氧化物质量将各种原料中共同氧化物的质量加在一起，得到坯料中各氧化物的总质量；以各氧化物的摩尔质量分别去除它的质量，得到各氧化物的量(mol)；,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,以中性氧化物mol数去除各氧化物的量，即得到一系列以中性氧化物(R2O3)系数为1的各氧化物的摩尔数；按规定的顺序排列各种氧化物，可得到实验式。某厂的坯料配料量如下：石英13，长石22，宽城土65，滑石1各种原料的化学组成如下表所示，试求该坯料的实验式。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,解将各种原料的化学组成换算成不含灼减量的化学组成，见下表计算各种原料中每种氧化物的质量：长石：SiO22265.7714.47(g) A12O32219.474.28(g)Fe2O3220.710.16(g) CaO220.200.04(g)K2O228.991.98(g) Na2O224.861.07(g),第二章 陶瓷坯料及其成型性能,石英：SiO21398.5412.81(g) A12O3130.720.094(g)Fe2O3130.270.035(g) CaO130.370.048(g)MgO130.250.033(g)宽城土：SiO26564.7642.09(g) Al2O36533.2521.61(g)Fe2O3650.340.22(g) CaO650.520.34(g)MgO650.470.3l(g) K2O650.530.34(g)Na2O650.130.085(g)滑石：SiO2=164.370.64(g) Al2O311.27=0.013(g)Fe2O3l0.150.015(g) CaO=13.30.033(g)MgO130.910.31(g),第二章 陶瓷坯料及其成型性能,将各原料中的各种氧化物加和，求出坯料中每种氧化物的总质量： SiO214.47+12.81+42.09+0.6470.01(g) A12O3=4.28+0.094+21.61+0.01325.997(g) Fe2O30.16+0.035+0.22+0.0150.4165(g) CaO0.04+0.048+0.34+0.0330.461(g) MgO0+0.033+0.31+0.310.653(g) K2O1.98+0+0.34+02.32(g) Na2O1.07+0+0.085+0=1.155(g),第二章 陶瓷坯料及其成型性能,用每种氧化物的摩尔质量分别去除每种氧化物的质量，得到每种氧化物的量n（mol）：SiO270.01/60.11.1649(mol)A12O3=25.997/101. 90.2551(mol)Fe2O3=0.4165/159.70.0026(mol)CaO0.461/56.10.0082(mol)MgO0.653/40.30.0162(mol)K2O2.32/94.20.0246(mol)Na2O1.155/620.0185(mol)计算出中性氧化物(R2O3)的总量： 0.2551十0.00260.2577(mol),第二章 陶瓷坯料及其成型性能,以0.2577分别除每种氧化物的量：SiO21.1649/0.2577=4.5204 A12O3=0.2551/0.2577= 0.9899Fe2O30.0026/0.2577=0.0101 CaO0.0082/0.2577=0.0318MgO0.0162/0.2577=0.0629 K2O0.0246/0.2577=0.0955Na2O0.0185/0.2577=0.0722 将各氧化物按规定的顺序排列，得到该坯料的实验式：0.0955 K2O0.0722 Na2O 0.9899 A12O3 4.5204 SiO20.0318 CaO 0.0101 Fe2O30.0629 MgO,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,四、由实验式计算配料量：由坯料的实验式计算其配料量时，首先必须知道所用原料的化学组成，其计算方法如下：将原料的化学组成计算成为示性矿物组成所要求的形式，即计算出各种原料的矿物组成；将坯料的实验式计算成为粘土、长石及石英矿物的质量分数。在计算中，要把坯料实验式中的K2O、Na2O、MgO都粗略地归并为K2O，则坯料的实验式可写成如下形式： aR2ObA12O3cSiO2用满足法来计算坯料的配料量，分别以粘土原料和长石原料满足实验式中所需要的各种矿物的数量，最后再用石英原料来满足实验式中石英矿物所需要的数量。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,某厂坯料的实验式如下： 0.031Na2O 0.078K2O 1.0Al2O33.05SiO2 0.047CaO使用原料的化学组成见下表：试计算该坯料的配料量，解将各种原料的化学组成换算成示性矿物组成。为简化计算过程可将原料中的K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2均作为熔剂部分，即作为长石来计算。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,例如高岭土原料可简化为：SiO249.04、Al2O338.05，K2O0.28，再另行换算。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,所以，高岭土原料的矿物组成：粘土0.37mol258.2=95.53长石矿物0.003556.8=1.67，石英矿物0.05960.1=3.54 =100.74各矿物的质量分数为：长石矿物1.67/100.74100%=1.66%，粘土矿物95.53/100.74100%=94.83%，石英矿物3.54/100.74100%=3.51 用相同方法计算得到：长石原料中含长石矿物96.33%、石英3.67%；石英原料中含石英矿物99.4%。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,计算坯料实验式中所需要的各种矿物组成的百分数，在计算过程同样把K2O、Na2O、CaO作为K2O的量来计算。坯料中含各种矿物组成为：长石矿物 0.156556.8=86.86粘土矿物 0.844258.2=217.92 石英矿物 0.42660.0=25.56 =330.34,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,其质量分数：长石矿物 86.86/330.34100%=26.3%，粘土矿物 217.92/330.34100%=66% 石英矿物 25.56/330.34100%=7.7%用满足法计算原料的配入量：,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,五、由示性矿物组成计算配料量已知坯料的矿物组成及原料的化学组成时，须先将原料的化学组成换算成原料的矿物组成，然后再进行配料汁算。若已知坯料及原料的矿物组成，则可直接计算其配方。配方的计算，首先以粘土原料中的粘土矿物部分来满足坯料中所需要的矿物成分，然后将随粘土原料带入的长石矿物和石英矿物部分分别从所需求的百分数中减去，再分别以长石原料和石英原料来满足坯料中所需要的长石矿物及石英矿物。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,已知所使用原料的化学组成如下：试用以上几种原料计算出坯料中含粘土矿物63.08、长石矿物28.62、石英矿物8.3的配料量。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,解首先按上一例的方法将各种原料的化学组成换算成各种原料的矿物组成； 计算配料量，先用粘土原料满足坯料中所需要的粘土矿物，现坯料中的粘土矿物由高岭土和粘土两种原料来供给，因此计算前应确定高岭土及粘土的用量，从这两种原料的可塑性、收缩率、烧后颜色等各项工艺性能来考虑，假定坯料中的粘土矿物一半由高岭土供给，则另一半应由粘土原料来供给。 高岭土用量：1/263.08%100/96.78=32.59% 粘土用量：1/263.08%100/89.72=35.15%,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,由32.59%的高岭土原料引入的长石矿物：32.590.0196=0.64%由32.59%的高岭土原料引入的石英矿物：32.590.0126=0.41%由35.15的粘土原料引入的长石矿物：35.150.07662.69由35.15的粘土原料引入的石英矿物：35.150.0262=0.92%高岭土和粘土原料共引入的石英矿物；0.41+0.921.33%坯料所需石英矿物8.3%，扣除由高岭土与粘土两种原料引入的石英矿物1.33%外，其余数量可全由石英原料来供给，故石英原料用量为：（8.3-1.33）100/95.6=7.29%,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,由于石英原料中含有4.4%的长石矿物，则7.29%的石英原料引入长石矿物为： 7.290.0440.32由高岭土、粘土、石英三种原料引入的长石矿物为： 0.64+2.69+0.32%3.65故长石原料用量为： 28.62-3.6524.97由上述计算得到坯料的配料量为：高岭土32.59，粘土35.15，石英7.29%，长石24.97%。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,六、由化学组成计算配料量当陶瓷产品的化学组成和采用的原料的化学组成均为巳知，且采用的原料的化学组成又比较纯净，采用上述两种计算方法虽可行，但有时遇到所用原料比较复杂时仍嫌不够准确。因为上述方法的计算中或以CaO、MgO、Na2O统作为K2O并入一道计算，或采用粘土、长石、石英原料的示性矿物组成作为计算基础，使之计算产生较大的偏差。若以原料化学组成的质量分数直接来计算，则可以得到较准确的结果。在计算的过程中，可根据原料性质和成形的要求，参照生产经验先确定一二种原料的用量(如粘土、膨润土)，再按满足坯料化学组成的要求逐个计算每种原料的用量。在计算过程中要明确每种氧化物主要由哪种原料来提供。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,某厂的耐热瓷坯料及原料的化学组成如下表 试计算此耐热瓷坯料的配料量。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,解将原料化学组成中带有“灼减量”者换算成为不含灼减量的各氧化物的质量分数。如所给定的坯料组成中有灼减量也须同样换算成为不含灼减量的各氧化物质量分数组成。上述原料经换算后，原料化学组成的质量分数组成见下表列表用化学组成满足法进行配料计算，其坯料中膨润土用量规定不超过5，暂定为4%，计算过程如下。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,该计算结果是灼烧基，须换算为包含灼烧减量、水分等在内的干基或湿基：遇到雨季物料被雨水淋湿，须测定物料水分并换算配料比例。一般上，粘土所带入的K2O、Na2O、MgO等含量很少，可以不用考虑。有些配料还需要考虑试样的工艺性能，几种粘土配合使用，可把粘土分别计算。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,釉料的配方计算方法与坯料类似，但在釉料配方选择上要考虑到：不同制品对釉的要求不同。日用瓷的釉要洁白、透明和良好的光泽度；墙地砖的釉则要求硬度、耐磨性、热稳定性、耐酸碱等性能；电瓷则要求釉具有良好的绝缘性能等。其次，釉料还要适应坯料和烧成工艺。 所以，对釉要求要根据坯料的性能来调整釉料的熔融性质，包括熔融温度、熔融温度范围、釉面性能等。这包括釉一定在坯体的烧结温度范围内成熟，始熔温度大于碳酸盐、硫酸盐、有机物等的分解温度，始熔粘度大以防止干釉、缺釉。坯釉的膨胀系数要适应，一般釉的膨胀系数略小于坯的，冷却后釉受到压应力作用，可提高坯的力学性能和抗热震稳定性，防止釉裂和剥落（但碎纹釉、开片釉除外）。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,坯釉的化学组成也相适应，可促使中间层的形成，坯釉成分可以不同，但差别不能太大，否则会出现干釉或釉剥落等现象。釉料不能使釉下彩和釉中彩溶解和变色。合理地选择釉用原料，防止釉浆出现不利于工艺的现象发生，特别注意添加的化工原料对泥浆性能的影响。选择釉浆的成分时，要掌握充分的资料，还要借鉴其他企业成功的经验，利用科学的方法，采用正交试验等方法最终确定。釉料的配料计算与坯料计算方法基本相同，可以借鉴。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,第四节 坯料的成型性能将泥料制成一定形状和尺寸以供焙烧的工艺过程称为成形，陶瓷制品种类繁多，形状大小不一，各种原料的工艺性能不同，生产工艺也不相同。陶瓷生产工艺因不同制品而不同，传统的陶瓷生产工艺主要有可塑成型、注浆成型、压制成型三种。 塑性成型就是利用泥料加水后具有可塑性，在外力作用下可产生塑性变形而制成具有一定形状和大小的坯体，可塑成型又可具体分为很多不同的形式挤制成型（挤压成型）、旋坯成型、滚压成型等。塑性成型常用于成型管件、棒状、板件、砖瓦、日用餐具等。 注浆成型是利用模具具有吸水能力使泥浆沉积成型，在陶瓷工业主要用于成型形状复杂但对制品尺寸精度要求不高的制品。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,压制成型是将一定水分的粉料填充到模型中，施加压力，使之成为具有一定形状和强度的陶瓷坯体。有干压与半干压区分。形成陶瓷坯体的各种原料经过破碎、配料、混合球磨、多级过筛除铁、泥浆陈腐，在这些工序中，不同的成型方法都是一致的。在陶瓷的塑性成型中，要把泥浆压滤脱水为泥饼，经过练泥、陈腐、真空练泥后输送到成型车间供成型使用。在陶瓷的注浆成型中，把陈腐后的泥浆经过真空脱气后通过管道输送到成型车间供成型使用。在陶瓷的压制成型中，要把泥浆经过喷雾干燥为粉料，经过陈腐使泥料中的水分均匀后，再送到压机压制成坯体。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,一、可塑泥团的成型性能可塑泥团的首要性质是具有良好的可加工性，包括易于成型成各种形状而不致开裂，可以钻孔和切割、切削，还要求干燥后有较高的生坯强度。希望坯料尽可能有各向同性的均匀结构、颗粒定向排列不严重，以免因收缩不均而引起坯体变形甚至开裂。（一）、可塑泥团的流变学特性可塑泥团是由固相、液相、少量气相组成的弹性-塑性系统。当它受到应力作用而发生变形时，既有弹性性质，又出现假塑性变形阶段。1、由弹性变形过渡到假塑性变形的极限应力y称为流动极限（或称流限、屈服值），此值随泥团中水分增加而降低。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,由于泥团中含有少量空气和有机增塑剂，它们具有弹性，同时由于粘土颗粒表面形成水化膜所致。若应力增大超过弹性的极限值y，则出现不可逆的假塑性变形，这是由于泥团中的矿物颗粒产生相对位移所致，若应力超过泥团的强度极限p则导致开裂破坏。 2、因为泥团可加压变形，其变形分为弹性和塑性变形两部分，变形量和加压方式有关：当应力是一次和很快的加压到泥团上时 ，比较容易出现弹性变形，而假塑性变形值较小。要使泥团形成坯体要求的形状，成型压力应陆续、多次加压到泥团上。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,3、应力松弛：泥团受力作用而变形后，若维持其变形量不变，则应力会逐渐消失。也就是说，储存在已经变形的泥团中的能量会转化为热量而逐渐消失。这种应力降到一定数值时所需的时间叫松弛期。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,在可塑性坯料的流变性质中，有两个参数对成型过程有实际的意义。泥团开始假塑性变形时的应力屈服值和出现裂纹前的最大变形量。 成型性能好的泥团屈服值应该足够高的，以防止偶然的外力引起变形；而且变形量也应该足够高，使得成型过程中变形虽大但不致于出现裂纹。 但这两个参数并不是孤立的：改变泥团的含水量可改变一个流变性，但同时却会降低一个特性。一般可以近似地用屈服值和最大变形量的乘积来评价泥团的成型性能。这也是直接评价可塑性的方法。对于一定的泥团来说，在合适的水分下，这个乘积达到最大值也就是具有最好的成型性能。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,不同的可塑性成型方法对泥团流变性的上述二个参数的要求是不同的：在挤压或手动旋坯成型时，要求泥团的屈服值大些，使坯体形状稳定；在石膏模内旋坯或滚压成型时，由于坯体在模型中停留时间较长，受应力作用的次数较多，屈服值可以低些。对于泥团开裂前的最大变形量来说，手工成型的泥团可以小些，因为工人可以根据泥团的特性来适应它；用机械成型时则要求变形量大些，以降低废品率。 （二）、影响泥团可塑性的因素 1、矿物种类可塑性良好的泥团一般具备下列条件：颗粒较细；矿物明显解理或解理完全，尤其是呈片状结构的矿物；颗粒表面水膜较厚。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,蒙脱石具备上述三个条件，可塑性很强。多水高岭石呈管状，迪开石（地开石）粒子较粗，叶蜡石及滑石颗粒虽呈片状，但水化膜较薄，所以塑性不高。石英无论破碎到多细，均不会呈现片状，而且吸附的水膜又薄，因此可塑性最低，马歇尔测得粘土中所含矿物的可塑性按下列顺序依次增大：迪开石（地开石） 燧石伊利石绿脱石锂蒙脱石高岭石蒙脱石。高岭石的层状结构中，每层的边缘处为O2-与OH-，层间有氢键作用，水分不易进入，毛细管力也小，所以高岭土的塑性较低。而蒙脱石晶层边缘处为O2-，层与层之间是范德华力结合，水分子易进入层间形成水膜，产生大的毛细管力，因而膨润土的可塑性强。,第二章 陶瓷坯料及其成型性能,2、固相颗粒大小和形状泥团中固相颗粒愈粗，呈现最大塑性时所需的水分愈少，可塑性愈低；颗粒愈细则比表面积愈大，颗粒表面形成水膜所需的水分愈多，可塑性高。此外，由细颗粒堆积形成的毛细管细，毛细管力大，可塑性也高。 不同形状颗粒的比表面不同，因而对可塑性的影响也有差异：板片状、短柱状颗粒的比表面较球状和立方体颗粒的比表面大得多，易形成面与面的接触，毛细管细、毛细管力较大，可塑性好；且它们的对称性低，移动阻力大，泥团的可塑性大。,第二章 陶瓷坯料及其